土木建筑工程中纤维复合材料的应用

土木建筑工程中纤维复合材料的应用

薛洁

临沂市园林环卫保障服务中心   山东临沂 276000 

摘要：在科学技术快速发展的当下，我国的建筑行业迈上了一个新台阶，特别是在施工材料方面，为了适应新时代的发展需求，出现了许多诸如复合硅酸盐保温材料、XPS保温板、超性能岩板、透光混凝土、纤维复合材料等的新材料。本文主要结合实践，对纤维复合材料在土木建筑工程施工中的实际应用进行了分析。

关键词：土木建筑工程；纤维复合材料；应用

1纤维复合材料的应用优势

1.1良好的抗震性

纤维复合材料的基体和纤维的结合方式使其具有较好的缓冲效果，即优良的减震性。文献中指出，纤维复合材料在受到一定的冲击时，其特殊结构会使材料在不同的外加频率下保持结构的完整性和性能的稳定性，在相同频率的实验测试中纤维复合材料的减震性要优于其他材料。

1.2力学性能优越

纤维种类的不同对纤维复合材料性能的增强也有所差别，例如聚丙烯纤维等有机纤维对复合材料的韧性提升较大，而钢纤维、碳纤维等无机纤维对复合材料的抗拉强度提升较为明显。然而可以明确的是，纤维复合材料的力学性能得到了大幅度的提升。通过文献对纤维复合材料的研究可知，纤维复合材料的抗拉强度和同直径的钢筋相比提高了100%以上，最高可达到钢筋的8倍。同时，纤维复合材料在承受相同的载荷时产生的塑性变形量也远小于钢筋。优越的力学性能使得纤维增强复合材料可以满足绝大多数的应用环境，从而达到降低整体建筑工程复杂程度的效果。

1.3较强的安全性

为了保证建筑物整体的稳定，通常会将建筑材料在外界环境下的损坏纳入建筑设计中，而纤维复合材料的内部具有一定数量的独立纤维，这些细小的独立纤维可以有效填补基材内部的微孔和孔隙，抑制的裂纹的萌发，同时在裂纹两端的长纤维和短纤维均在一定程度上具有将裂纹桥连的作用，从而对裂纹的扩展有一定的抑制效应。且纤维的混杂通常是以束为单位，单一纤维的断裂会被其他纤维的载荷分担，构件的承载力得到了加强，因此对于整体建筑的安全性具有非常高的保护作用。

1.4可设计性

纤维复合材料在成型时需要添加纤维作为增强相，为了使纤维可以和基材充分接触并混合，不同的混杂纤维类型对基材的增强着重点有着较为明显的区别，使得纤维复合材料的成型工艺可以达到明确构件性能的基础上进行模拟和调配的功能，纤维复合材料在表现出极为优良的适应性的同时也具有较佳的设计性。通过建筑工程师对施工期间整个建筑工程材料性能目标的评估和计算，可以更为合理地对纤维复合材料进行应用，有效降低工程的施工成本。

1.5抗疲劳性

无论是传统建筑材料或金属材料，在承受应力载荷的循环施加后都会发生应力疲劳，并且在环境的温度循环下，材料的热膨胀性能较低，在热胀冷缩的影响下会出现力学性能的降低。而在低温环境下更是会出现“脆化”现象。在纤维复合材料中，纤维的添加使纤维复合材料的韧性得到有效的提升，根据文献显示，纤维复合材料的抗疲劳性能要比金属材料高出30%以上，服役寿命较长。

2纤维复合材料的发展现状

虽然纤维材料的优点很多，具有优异的力学性能、可靠的安全性和耐蚀性，但仍然存在一定缺陷。首先，纤维复合材料的制造成本较高，限制了纤维复合材料在建筑领域的大规模的应用。而且，与混凝土等传统建材相比，纤维复合材料的性能波动性较大，在工程使用中依靠设计师或建筑工人自身的经验进行判断，缺乏一定的精准性。最后，由于纤维材料和基体结合较为紧密，且纤维细小、强韧的特性使纤维复合材料的回收较为困难，因此现在对纤维复合材料的回收和循环利用仍没有相对成熟的机制，与现在的可持续发展战略相左。总之，纤维复合材料仍需要对工艺进行进一步优化。

3纤维复合材料在建筑工程领域中的应用

3.1用于承载结构

纤维复合材料优异的力学性能和极高的可塑性使其可以制备出形态结构各异的承载结构，如排架、梁板等。在钢构建筑工程中，纤维复合材料便是承载结构的主要材料。通常而言，由于纤维复合材料突出的耐蚀性和抗渗性，纤维复合材料常见于外墙板或楼板等易出现腐蚀的构件中，以提升建筑的服役寿命，同时满足建筑的隔热、保温等功能化的设计，也可以达到代替混凝土、降低自重的同时对建筑的耐久性进行加强。在常规的建筑工程中，纤维复合材料制成的隔热板、门窗构件等也极为常见，由于纤维复合材料的强度高、韧性高，作为此类构件时不仅可以满足功能需求，也加强了构件的外观性，且简化了构件的施工过程，提升了人工效率，降低了经济成本。

3.2涂层织物

在以纤维材料为原料制成织物正反两面形成单层或多层的聚合物涂层，即涂层织物，是新型的复合涂层织物，有别于传统的棉织物等涂层织物，纤维材料涂层织物具有极高的拉伸强度和抗张力，且物理化学性能极为稳定，耐腐蚀，将其涂覆在材料表面可以有效保护材料表面和维持材料的结构稳定性，同时在其强大的拉伸性能下，即使建筑材料发生了一定程度的开裂或缺陷，涂层织物依然能维持建筑工程的稳定服役。同时，随着涂层技术的发展，纤维涂层织物还可以承担更多的作用，如疏水、阻燃和遮光等其他性能，为建筑工程的多功能性做出了贡献。且如珠光涂层织物等更是具有极为美丽的外观特性，提升建筑的美学价值。

3.3结构补强材料

传统的结构补强材料的主力军往往是抗拉强度和抗弯强度较高的钢铁材料，但金属材料的高自重和易腐蚀的特点使得其服役周期较短，钢铁材料在作为结构补强材料时，同时受到外加载荷和腐蚀环境的影响，通常会发生突发性滞后断裂，这种失效模式是突发性的且一旦发生将彻底失效。而纤维复合材料不仅抗拉强度与金属材料相当甚至有所超出，以纤维复合材料作为结构补强材料可以整体提升建筑材料的性能。以碳纤维为首的新型高强纤维材料对载荷的承载力更强，可以实现对桥梁或道路工程的基桩进行加固处理，同时应用缠绕工艺还可以防止建筑工程发生结构的开裂。

3.4增强混凝土的致密性

将纤维材料作为增强相可以增加混凝土的致密性，从而达到对混凝土强度的强化，并且纤维材料对混凝土中缺陷的填补也能明显提升混凝土材料的抗渗性。在传统的混凝土材料运用中，加筋处理是对混凝土抗拉强度和韧性加强的主要方式，而内包裹的钢筋容易受到环境的影响发生腐蚀，纤维材料对混凝土抗渗性地提高保护了内包裹的钢筋的服役寿命。纤维材料对混凝土的增强不仅体现在抗渗性的提高上，对纤维增强混凝土材料的延展性、抗冲击等特性也有所展现，简而言之，纤维材料可以多方面、多角度地提升混凝土材料的性能，使混凝土的应用范围拓展，服役寿命得到有效延长，提升建筑工程的质量。

结语

纤维复合材料所具有的优异耐蚀性、耐冲击性能和极高的力学性能使其在建筑工程中可以实现多方面的应用，在取代传统建筑材料、降低环境污染的同时也对建筑工程的整体质量有着明显的提高。而通过对纤维复合材料特性的把握还能达到建筑多功能化的效果，对实现建筑工程质量、功能、经济效益三重优化具有较大的意义。

参考文献

[1]孙照武.纤维复合材料在桥梁工程中的应用研究[J].合成材料老化与应用,2022,51(04):124-126+64.

[2]王旭东.土木建筑工程中纤维复合材料的应用[J].合成材料老化与应用,2022,51(04):130-132.

[3]陆智斐.土建领域中的纤维复合材料应用现状及前景展望[J].合成材料老化与应用,2022,51(04):118-120.